Презентация урока Химическая и электрохимическая коррозия металлов

Познавательная цель урока: дать учащимся понятие о коррозии металлов, её видах и способах защиты от коррозии. Показать химизм процесса.

Воспитательная цель урока: Показать отрицательное значение коррозии для промышленности, в частности автомобильной, указать на разрушающую роль коррозии и борьбу с ней.

Развивающая цель урока: оценить значение современных технологий изготовления легированных сплавов и других средств защиты от коррозии для современной автомобильной промышленности.

Тип урока: комбинированный.

Метод урока: рассказ, беседа, демонстрации, тестирование, самостоятельная работа, сообщения учащихся.

 Актуализация знаний учащихся.

Тестирование.

Тест на тему: металлы. Физические и химические свойства металлов.

1. Какой из ионов металлов по строению внешнего уровня будет похож на благородный газ?

а) Fe³+

б) Zn²+

в) Са²+

г) Li+

      2.   Какие из металлов легче взаимодействуют с водой?

            а) Ag

            б) Na

            в) Zn

            г) Cu

      3.   Расположите металлы по степени увеличения их химической активности.

            а) Na

            б) Fe

            в) Ag

            г) Cu

      4.   Какой из металлов имеет строение атома 1/8/2.

а) Al

б) Cu

в) Na

г) Mg

      5.   По какому принципу расположены металлы в ряду напряжения металлов.

            а) по строению атома;

            б) в порядке уменьшения химической активности;

            в) в порядке увеличения химической активности;

            г) в порядке увеличения атомных масс.

       6.  Какой из металлов в наибольшей степени обладает металлическим блеском?

            а) Au

            б) Cu

            в) Al

            г) Ag

Ответы:

1. в, г
2. б
3. в, г, б, а
4. в
5. б
6. г

За 6 правильных ответов – «5»

За 4 или5 ответов – «4»

За 3 ответа – «3»

За 1 или 2 ответа – «2»

Фронтальный опрос. (вопросы).

1.      Где в периодической системе расположены металлы?

2.      Какое количество электронов характерно для внешнего уровня металлов и о чем это говорит?

3.      Перечислить, с какими веществами взаимодействуют металлы?

4.      Перечислить, с какими неметаллами могут взаимодействовать металлы?

5.      Написать на доске уравнение взаимодействия железа с кислородом и объяснить его.

6.      Может ли оксид железа перейти в гидроксид  Fe3. Как?

7.      Написать уравнение реакции образования гидроксида железа 3.

Индивидуальный опрос.

1.      Рассказать об электрохимическом ряде напряжений металлов.

Переход к изучению нового материала.

Мы повторили свойства металлов, а из жизненного опыта мы знаем, что металлы, приходя в соприкосновение с внешней средой, в той или иной мере, и с различной скоростью, подвергаются разрушению. Вот этим вопросом мы и займемся сегодня. Тема нашего урока «Химическая и электрохимическая коррозия металлов». Записываем тему.

Так что же такое коррозия? (Показ слайда №1)

Самопроизвольное разрушение металлических материалов, происходящее под химическим воздействием окружающей среды называют коррозией, (слайд №2) от латинского corrodere – разъедать. В основном этот процесс происходит под воздействием кислорода воздуха  и воды. (Показ слайда №3)

Коррозия бывает двух видов – химическая (показ слайда №4) и электрохимическая. (показ слайда №5)

Химическая коррозия происходит под воздействием кислорода и воды. (показ слайда №6)

4Fe0+3O2 = 2Fe2O3

4Fe0+3O2+6H2O = 4Fe3+(OH)3↓

 Электрохимическая коррозия (показ слайда №7) возникает в том случае, если во внешней среде находятся два соединенных друг с другом металла с различной химической активностью. (показ слайда №8).

Давайте рассмотрим, что же происходит с металлами при коррозии.

Если чистое железо имело степень окисления «0», то после коррозии степень окисления его становится «+3». О чем это говорит? Коррозия металлов это окислительно-восстановительный процесс, при котором атомы металлов окисляются. Окислителем выступает кислород О2, а также ионы водорода Н+, образующиеся при диссоциации воды.

При электрохимической коррозии между двумя металлами возникает гальванический элемент, (задается вопрос об аккумуляторе) в котором начинает окисляться более сильный  и активный металл. Теперь рассмотрим результаты заложенных нами опытов. Выясняется, что есть вещества ускоряющие коррозию, например соль, или конкретно хлорид ионы Cl-. Есть вещества, замедляющие коррозию, например щелочь, вернее гидроксид ионы ОН-. При электрохимической коррозии разрушается более сильный металл, а у слабого коррозия замедляется или вовсе прекращается. В нашем случае корродирует железо, как более активный металл, чем медь. Но если соединить железо с цинком, то корродировать будет цинк, тем самым, защищая железо от разрушения.

Общая масса металлов, используемых в виде различных изделий в мировом хозяйстве, очень велика. Поэтому, несмотря на то, что скорость коррозии обычно мала, ежегодно из-за коррозии мировая потеря металла составляет 20 миллионов тонн. (показ слайда №9) Но еще большие убытки приносит не потеря металла, а порча изделий из него. Затраты на ремонт или замену деталей судов, автомобилей, приборов, аппаратуры химических производств во много раз превышают их стоимость. Существуют и косвенные потери: утечки нефти или газа из поврежденных коррозией трубопроводов, порчу продуктов питания, потерю здоровья, а иногда и жизни людей, и т.д. Поэтому на защиту от коррозии тратятся большие средства, ибо защита от коррозии – важнейшая проблема. Какие же меры и средства защиты от коррозии вы могли бы предложить? Предлагаются различные способы.

Резюме:

Для защиты от коррозии применяются:

1. Покрытие металлов красками, лаками, смазками, полимерными пленками. (показ слайда №10)

2. Механическая обработка: шлифовка, полировка.

3. Создание химически чистых металлов. (показ слайда №11)

4. Защитное покрытие одних металлов другими: хромирование, никелирование, анодирование. (показ слайда №12)

5. Оцинкование и лужение Fe, Cu.

6. Использование ингибиторов.

7. Создание сплавов (нержавеющая сталь).

8. Протекторная защита, когда возле труб находящихся в земле, располагаются  куски активного металла, например Mg. С судов стоящих на рейде так же сбрасывают кусок магния, соединенным с днищем. (показ слайда №13)

Теперь давайте посмотрим, как обстоит дело с коррозией в автомобильной промышленности. Для этого двое учащихся подготовили сообщения. Зачитываются сообщения.

Закрепление.

1. Что такое коррозия?
2. О каких видах коррозии мы узнали?
3. Как можно объяснить коррозию с точки зрения окисления – восстановления.
4. Как влияет на коррозию окружающая среда.
5. Как защитить металлы от коррозии?

Задание на дом.

Знаете ли вы что?

С того момента, как человек стал использовать железо в производстве транспортных средств и всевозможных металлоконструкций, коррозия, воздействие которой приводит к серьезным убыткам, начала привлекать внимание исследователей. Это произошло в 30-х годах 20 века, когда автомобильная промышленность развивалась весьма активно. Коррозия является достаточно сложным процессом. Но, даже не углубляясь в основы химии, можно понять его причины. С точки зрения обывателя, коррозия превращает железо в ржавчину. Этот процесс происходит в обязательном присутствии двух компонентов – воды и кислорода. Очевидно, что оба эти вещества в избытке находятся в атмосфере и полностью изолировать металл от их воздействия практически невозможно. Воду (вместе с растворенными в ней различными элементами) часто называют электролитом.На скорость протекания коррозии могут влиять и другие обстоятельства. К примеру, соль, а вернее, ионы хлора, равно как и примеси промышленных выбросов, является мощным ускорителем коррозии. А если учесть, что в зимний период дороги крупных городов нашей страны регулярно обрабатываются теми или иными реагентами на основе различных солей, то можно понять, почему в России так актуальна проблема антикоррозионной защиты автомобилей.Но не только присутствие тех или иных химических элементов влияет на скорость протекания коррозии. К примеру, она увеличивается при росте влажности или температуры, что накладывает ограничения на функционирование выхлопной системы, моторного отсека и плохо вентилируемых скрытых полостей.Коррозия автомобильного кузова имеет много специфических особенностей. Известно, что различные его участки корродируют с разной скоростью, т.к. при эксплуатации находятся в разных условиях. Одно из основных уязвимых мест — сварные швы, с помощью которых конструкция сохраняет свою форму. Именно там чаще всего и возникают очаги ржавчины. Дело в том, что в местах сварки всегда есть микротрещины, которые без труда заполняются влагой. В механизме щелевой коррозии важную роль играют вибрации автомобиля при езде, а также перепады температур в зимний период. В последнем случае влага, превращаясь в лед, увеличивает щель, т.к. в твердом состоянии занимает уже больший объем. Поэтому в следующий раз образовавшийся зазор заполнится большим количеством воды, которая, замерзнув, снова его увеличит. Такой, казалось бы, незатейливый циклический процесс, в конечном счете, приводит к серьезным последствиям. Следует также отметить, что коррозионная стойкость стали в местах швов существенно ниже из-за воздействия высокой температуры в момент сварки, как на саму сталь, так и на гальваническое покрытие в случае его наличия.Автомобильный кузов в силу своих конструктивных особенностей обладает большим количеством внутренних полостей. Мало того, что они скрыты от глаз автомобилиста (это часто приводит к позднему обнаружению ржавчины), так еще и плохо вентилируются. В результате там скапливается вода и прочие пагубные для металла вещества и образуется зона повышенной влажности. Так что коррозия в скрытых полостях протекает особенно быстро и, что самое опасное, незаметно.Еще одно уязвимое для коррозии место автомобильного кузова — поверхность днища. И это вполне очевидно, т.к. постоянное механическое воздействие щебня и песка вместе с водой и солью, в избытке летящих из-под колес, в состоянии «пробить» даже надежные защитные покрытия.Работа двигателя и выхлопной системы автомобиля также может спровоцировать появление ржавчины, т.к. функционирование данных узлов связано с существенным повышением температуры.Таким образом, современный автомобиль, обладая сложной конструкцией кузова, весьма сильно подвержен воздействию коррозии. Причем, с точки зрения защиты, разные его компоненты требуют индивидуального подхода, что заметно усложняет процедуру антикоррозионной обработки.

У владельцев многих иномарок существует мнение, что их автомобилям не нужна дополнительная антикоррозионная обработка, т.к. на конвейере уже обо всем позаботился производитель. А если данный автомобиль оснащен оцинкованным кузовом, то это мнение переходит в настоящую убежденность. Но, как оказывается, реальность несколько отличается от ожиданий. Но обо всем по порядку.Помимо оцинковки, набирающей популярность в развитых странах, для защиты от коррозии применяют различные методы грунтования. При производстве отечественных автомобилей чаще используется так называемый анафорезный метод. В развитом мире он уже давно устарел морально, т.к. демонстрировал низкие показатели антикоррозионной стойкости. Тем не менее, в нашей стране его применяют весьма активно.Катафорезный метод грунтования более эффективен. Но как показала реальная эксплуатация, без дополнительной антикоррозионной обработки подобные кузова также довольно быстро пасуют перед ржавчиной. Данный метод используется в России все активнее. К примеру, новые вазовские модели, а также многие иномарки обрабатываются именно таким образом.Наконец, наиболее действенный способ заводской борьбы с коррозией — оцинковка. В автомобильной промышленности принята толщина цинкового покрытия 6-9 мкм. На опытной пластине с такой толщиной гальванического цинка при ее размещении в станции натурных испытаний (напр. промышленной зоне большого города) первые признаки коррозии проявляются в среднем уже через 9-12 месяцев. Это объясняется наличием микропор в цинковом покрытии, через которые влага воздуха вместе со всеми примесями проникает до металла, и процесс прошел. Чем толще цинковое покрытие, тем меньше вероятность, что микропоры «совпадают», и тем надежнее защита. Каждый дополнительный мкм цинкового покрытия увеличивает вес автомобиля и тем самым расход топлива. Поэтому найден компромисс — 6-9 мкм цинкового покрытия, что значительно уменьшает коррозионную стойкость автомобиля и не столь уж увеличивает расход топлива. Действительно, оцинкованные кузова «живут» гораздо дольше. Но не так долго, как это принято думать. Срок их жизни, во-первых, зависит от толщины гальванического покрытия, типа (двустороннее или одностороннее), а главное - от наличия в процессе эксплуатации его повреждений. Последних избежать практически невозможно, т.к. они появляются во время точечной сварки, когда не только «сгорает» тонкий слой цинка, но и оголенная сталь образует в месте сварки гальванический элемент с цинком, тем самым, ускоряя начало коррозии. Поэтому даже оцинкованные кузова по прошествии нескольких лет эксплуатации страдают от коррозии в случае отсутствия дополнительной поддержки антикоррозионных материалов.